海洋调查方法期中复习题
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《海洋调查方法》期中考试复习 1.海洋调查的发展有几个基本阶段？ （1）单船走航 ：主要成果：海水主要成分、相对含量； 生物分类，生物与环境间的关系；海底地貌、沉积物分布； 潮汐、海浪、海流研究，绘制出世界大洋的海流图轮廓，提出风生漂流理论。 （2）多船联合调查：优势：大大缩短了对一个海域进行调查所需的时间，大大地增加了调查资料的数量，提高了调查资料的质量。 船舶海上调查的问题： ◆船行速度慢，只能得出一条线上的资料，只能提供离散的， 非同步的，有限的海洋数据。 ◆不适应对中小尺度过程的研究。中小尺度系统过程变化快。 ◆船只观测费用高，还受到恶劣天气的限制。 （3）无人浮标站：无人浮标站可终年在海上获取连续资料 无人浮标站有不同种类：固定式，自由飘浮式，:水下自动升降式等 主要成就是： 认识到大洋中存在着大量的中尺度涡旋。 在平均流速只有1cm/s 的弱流海域，有速度达10cm/s 相关尺度约为100km,时间尺度为几个月的中尺度涡旋。 这标志着海洋水文物理学以由研究平均水文情况的“气候学时代”向研究水文情况逐日变化规律的“天气学时代”转变迈进了一大步。 （4）海洋遥感：仪器放在被观测目标之外的某一位置，又称非入侵式（non-invasion）。远距离接受研究对象的各种信息。遥感仪器必须依赖于辐射（光、热）或微波等把研究区域的有用信息传递到观测仪器。（获得大面积同步资料，开创了空间海洋学时代） 2.说明海洋调查的主要任务 海洋调查的任务主要是：观测海洋要素及与之有关的气象要素，编制观测报表，整理分析观测资料，绘制各类海洋要素图，查清所观测的海域中各种要素的分布状况和变化规律。 3.解释海洋调查传感器的分类 定义：能获取各种海洋数据信息的仪器和装置。大致可分为三种： （a）点式：感应空间某一点被测的对象，如温度、盐度、压力、流速、浮游生物量、化学要素的浓度等。提供的是离散的观测数据。 （b）线式：连续地感应被测量的对象，当传感器沿某一方向运动时，可以获得某种海洋特征变量沿这一方向的分布。 如温度随深度变化的分布，温度、盐度沿航行方向上的分布。当传感器固定在某一测点时，还可提供该点海洋特征随时间变化的过程曲线 （c ）面式：传感器可提供两维空间上海洋特征变量的分布信息。即直接提供某海洋特征变量的二维场。（如红外照相可以显示等温线的平面分布。）传感器的准确度根据需要确定，在需要和可能之间折中。 4.对比大面观测和断面观测 大面观测：为了了解某海区的水文等要素分布情况和变化规律，在该海区布设若干个测站。在一定的时间内对各站观测一次，这种调查方式称为大面观测。观测时间应尽可能的短，以保证调查资料具有良好的同步性。 断面观测：在大面观测中选择一些具有代表性的断面进行长期重复观测，这种调查方式叫做断面观测。具有代表性的断面称为标准断面。 特点：位置一般应垂直于陆岸或主要海流方向； 站距在近岸区域密一些，外海深水区域疏一些。 5.说明水深测量的主要目的 水深测量是为了解海底地形、地貌的分布状况。 6.什么是平均海平面？什么是理论深度基准面和海图水深？ 水位高度等于观测结果平均值的平静的理想海面是平均海平面。 深度基准面又称海图基准面，海图水深的起算面。 海图水深：是从海图深度基准面向下算到海底的水深。 7.给出水深测量各不同方法名称，并介绍钢丝绳测深和声波测深的工作流程 ※ 钢丝绳测深： （1）测出水面以上绳长 （2）测出重锤到海底时的总绳长 （3）两长度相减，得海水深度。 重锤选择：根据海流大小，钢丝绳倾角大于30度应加大重锤。 具体步骤：用计数器记录水面以上绳长；重锤触海底并拉直钢丝绳；记录此时绳长；收回钢丝绳。 校正和订正：钢丝绳倾角大于10度时，应实行倾斜订正 计数器有机械误差和磨损误差，应在使用前作标定 ※ 回声测深仪测深： 原理： 声波在海水中以一定的速度--平均声速 1500m/s-直线传播，并能由海底反射回来。 根据声波往返时间（T），及其所在测区水域中的传播速度（V），求得发射器至反射目标的直线距离，即测得水深（H） 已知速度，记录时间，就可算出距离 SV*T发射器发射以V=1500米/秒传播的超声波，并接受从海底反射到船底的回波，S(1500*t)/2记下所用的时间 △t。再根据公式计算： HShh：船的吃水深度，H: 真实水深。 ※ 激光声海水深度遥感探测 ※ 其它方法：吊放声纳、磁探技术、蓝绿光探测 8.海温观测的意义和基本要求 海温观测的意义 海水温度是海洋物理性质中的最基本要素之一 海洋水团的划分 海水不同层次的锋面结构 海流性质判别等 水温与其他水文气象要素存在紧密联系 海水密度 海水运动（水平／垂直方向） 海雾 大气（气温、大气环流、台风、ENSO等） 对生物的生长与活动状况、敷设海底电缆、温差发电、海气交换、舰船冷却系统、工业海水用水、排水等都非常重要。 基本要求：1.准确度要求；2、标准层次；3、观测时次。 详细的：水温观测的基本要求 1、 准确度要求 海洋温度单位：摄氏温标℃（Celsius Degree） （瑞典的物理学家在1742年提出，一个大气压下冰点为0℃，沸点为100℃，中间100等分） 大洋 特点：温度分布均匀，变化缓慢。 观测准确度要求较高，一般温度要精确到一级，即±0.02℃ 浅海 特点：温度时空变化剧烈，梯度或变化率比大洋的要大上百倍甚至上千倍 观测准确度要求较低，一般取±0.1℃ 对有特殊要求的系统，如水团界面和跃层的细微结构调查，以及海洋与大气的小尺度能量交换的研究等，要根据需求确定准确度。 准确度级别 一级 二级 三级 温度范围 2、标准层次 ±0.02℃ ±0.05℃ ±0.2℃ 表层：海表以下，１米以内的水层 表层以下的标准层：层数及厚度随总厚度增加 底层：随水深增加而增加 3、观测时次 沿岸台站 只观测表面水温。 观测时间：每日的２，８，１４，２０时 海上观测 表层和表层以下各层水温 观测时间：大面或断面站，船到站就观测一次 连续站每小时观测一次。 9.海温探测仪器的几种类型及其基本原理 1、液体温度计 表面温度计（表面） • 原理 利用装在玻璃容器中的测温液体随温度改变而引起的体积变化，以液柱位置的变化来测定温度。 感应部分是一个充满液体的球，相连的是一根一端封闭、粗细均匀的毛细管。 ΔL：毛细管内液柱长度变化值，Δt：温度变化值，ΔV：测温液体的体积变化量，S：毛细管截面积，V0：0℃时液体总体积，α：测温液体的视膨胀系数（液体与玻璃的膨胀系数之差）。 • 表面温度计及颠倒温度计都属于玻璃液体温度计。 颠倒温度计（深层） • 结构与原理 颠倒温度计由闭端（防压，测量水温）和开端（受压，测量沉放深度）两只温度计组成。 • 闭端式颠倒温度计：外套管封闭，水银柱的高度不受外界水压影响，仅与现场温度有关。 • 开端式颠倒温度计：外套管开放，一端开口，另一端有导流小孔，所以水银柱的的高度取决于现场的温度和压力。 • 开端与闭端温度表的温度差值＋开端温度表的压缩系数＝>仪器的沉放深度（精确度为99.5%）。 • 两种颠倒温度计中都有相互倒置的主温度计（测量水温）和辅温度计（测量玻璃套管内的温度，以进行还原订正）两只。 • 结构与原理 1、主温度计＝贮蓄泡＋毛细管＋接受泡 2、毛细管＝狭窄处＋盲枝＋圆环＋有刻度的直线形毛细管 狭窄处及盲枝：当温度计颠倒时，水银柱于盲枝的分支处断裂（温度计示数准确性）； 圆环：毛细管较粗大，用来容纳在温度计被颠倒时由于温度升高而从贮蓄泡膨胀出来的水银； 有刻度的直线形毛细管：正面为平面，以避免读数的视差； * 贮蓄泡与外套管之间装有水银，以消除空气的绝热。 感温时，温度表的贮蓄泡向下，盲枝的交叉点（断点）以上的水银柱高度取决于现场的温度; 当温度表颠倒时，水银柱便在盲支处断开。这样就保留了现场温度的读数，提出水面后，即可读出。(还原前的值） 颠倒温度计发明于1876年。 观察准确度高、使用方便、性能稳定。 只能在停船时使用，只能测定单层温度、不能自记 2、机械式温度计 Mechanical Bathy thermography (MBT) • 一种记录温度随深度变化的仪器，用于自动记录水深２００米（或１０００米）以内的水温分布情况。全称为深度温度计，发明于１９３７年。 另一种机械式温度计带有采水器，可同时在各指定的各标准层采取水样 观测准确度在三级。现在已不再使用 3、电子温度计 ◆ 热电式温度计：可在定点或走航时使用，但测温度一般在100米以内，测温准确度较低，约±0.5℃左右。 （热电动势） ◆ 电阻式温度计：定点、走航均可使用，测温准确度较高，约±0.1℃，测温深度可达500米，因此被广泛使用。（电桥不平衡） ◆ 电子式温度计： 定点测温准确度可达±0.02℃，当航速为16节时测温 准确度为±0.1℃。（电阻变化转为频率变化） ◆ 晶体震荡式温度计：准确度高，可达±0.001℃。但此类温度计感温时间较长，不适于走航。专供定点观测和矫正仪器用。（震荡频率随温度变化） ＊ XBT（投弃式深温计）和CTD温盐深自动记录仪属于电阻及电子式温度计。 ◆ 热电式温度计 原理： 感应元件是热电偶，热电偶测温的基本原理是热电效应。在由两种不同材料的导体 A 和 B 所组成的闭合回路中 , 当 A 和 B 的两个接点处于不同温度 T 和 To时, 在回路中就会产生热电势（温差电势和接触电势）。 导体材料确定后，热电势的大小只与热电偶两端的温度有关。如果使 EAB(T0)=常数，则回路热电势EAB(T，T0)就只与温度T有关，而且是T的单值函数。 ◆ 电阻式温度计 原理： 热电阻测温是基于金属导体的电阻值随温度的增加而增加这一特性来进行温度测量的 ◆ 电子式温度计 原理： 水温变化转换为电阻的变化，再转换为频率的变化将输出的频率信号加以放大记录，就可得到海水温度。 ◆ 晶体震荡式温度计 原理： 采用石英晶体为感应元件。石英晶体震荡频率随温度变化，并有优良的频率稳定性。这种温度传感器就是利用石英晶体振子的振动频率随温度变化的特性制成的。测得石英晶体的震荡频率就可得海水温度。 4、海温的辐射遥感探测 工作原理： 利用光辐射来测量海表温度。任何物体受热后都特有一部分的热能转变为辐射能，温度越高，则发射到周围空间的能量就越多。辐射能以波动形式表现出来，其波长的范围极广，从短波、x光、紫外光、可见光、红外光一直到电磁波。而在温度测量中主要是可见光和红外光 10.海温观测标准层的设定 标准层次 表层：海表以下，１米以内的水层 表层以下的标准层：层数及厚度随总厚度增加 底层：随水深增加而增加 11.水文断面 按直线布设观测站点位置，由此直线构成的垂直断面称为水文断面。 特点：（1）位置一般应垂直于陆岸或主要海流方向； （2）站距在近岸区域密一些，外海深水区域疏一些。 12.大面观测 大面观测：为了了解某海区的水文等要素分布情况和变化规律，在该海区布设若干个测站。在一定的时间内对各站观测一次，这种调查方式称为大面观测。观测时间应尽可能的短，以保证调查资料具有良好的同步性。 13.海温观测准确度的分级 14.海温观测时次的设定 沿岸台站 只观测表面水温。 观测时间：每日的２，８，１４，２０时 海上观测 表层和表层以下各层水温 观测时间：大面或断面站，船到站就观测一次 连续站每小时观测一次。 15.玻璃液体温度计灵敏度与哪些要素有关？ （1）当温度计球部的容积越大，温度计越灵敏。V0 大。 （2）当温度计的毛细管越细，温度计越灵敏。S 小。 18.电子式温深自记仪与抛弃式温深仪的异同？ ◆电子式温盐深自计仪 目前国内外广泛使用的CTD，由水下部分和船上接受部分组成，两部分之间用绞车电缆连接。 水下部分也称探头，探头用来感应需测量的物理量并将它们转换成移频信号，通过电缆输送到船上的接受部分。 接受部分主要包括压强（D）、温度（T）和电导率（C）传感器相应的接口、10KZ振荡器、精密的AC数字化器、格式器、控制器及移频调节器等电子元件器件和线路。 优点：零漂小，长期稳定性好，噪声低等优点。 ◆投弃式温深仪XBT XBT是水下探头为一次性使用的电子式深温计。由探头、信号传输线和接收系统组成。 温度：探头感应 深度：根据仪器的下沉速度得到。 利用XBT进行温深观测时，可以在船舶航行时（SXBT）进行或利用飞机进行（AXBT）投放，快速地获得温深资料，因而广泛地被应用。 主要优点是成本低，它可以接装在各种船只上，在不同航速和海洋条件的投掷。但是它容易发生多种故障。 19.如何根据观测要求选取选取海温观测仪器？ 对于大洋：其特点是温度分布均匀，变化缓慢。因此观测准确度要求较高。一般温度要精确到一级，即。所以可以采用晶体震荡式温度计，以及电子式温度计，如XBT,CTD。但对温跃层可适当放宽要求。 对于浅海：其特点是海洋水文要素时空变化剧烈，梯度或变化率比大洋的要大上百倍甚至上千倍，所以水温观测准确度用，对此可采用电阻式温度计。 对有特殊要求的系统，如水团界面和跃层的细微结构调查，以及海洋与大气的小尺度能量交换的研究等，要根据需求确定准确度。 机械式温度计可在各指定的标准层采取水样，但观测准确度为。 综上，应根据观测要求从而选取适当的海温观测仪器。 20.遥感测温的原理及主要特征 工作原理：利用光辐射来测量海表温度。任何物体受热后都特有一部分的热能转变为辐射能，温度越高，则发射到周围空间的能量就越多。辐射能以波动形式表现出来，其波长的范围极广，从短波、x光、紫外光、可见光、红外光一直到电磁波。而在温度测量中主要是可见光和红外光。 特征： 用飞机或卫星遥感测温可以迅速同步地获得大面积温度信息，在无云海区，海面水温遥感的绝对精度可以达到1℃，相对精度±0.5℃。 局限：1、云层；2、薄层温差的存在 21.机械式温度仪与电子式温度仪的优缺点比较 机械式温度计 优点：观察准确度高、使用方便、性能比较稳定，是深层水温观测的基本仪器；能连续反映温度垂直变化的最廉价的仪器，用它可以很精确地判别温跃层的深度和强度。 缺点：颠倒温度计只能在停船时使用，且只能测定单层温度。 感温较慢、灵敏度不高、不能长期连续自记等。 电子温度仪 ◆ 热电式温度计：可在定点或走航时使用，但测温度一般在100米以内，测温准确度较低，约±0.5℃左右。 （热电动势） ◆ 电阻式温度计：定点、走航均可使用，测温准确度较高，约±0.1℃，测温深度可达500米，因此被广泛使用。（电桥不平衡） ◆ 电子式温度计： 定点测温准确度可达±0.02℃，当航速为16节时测温 准确度为±0.1℃。（电阻变化转为频率变化） ◆ 晶体震荡式温度计：准确度高，可达±0.001℃。但此类温度计感温时间较长，不适于走航。专供定点观测和矫正仪器用。（震荡频率随温度变化） 22.盐度测量的主要方法及原理： • 化学方法 氯度滴定法：滴定速度慢，不适应现场测量； • 物理方法 电导率法：温度允许范围内，适合现场测量，精度高，速度快, 计算精度可靠； 光学测定法：适合一些精度要求不高，水样量少的场合； 比重测定法：可得高精度盐度值，但不适合现场测量； 声速测定法：用声速仪测声速，再反算盐度，精确度较低。 23.通过海水电导率计算盐度需要考虑哪些因子的影响； 海水电导率是盐度、温度、压力的函数 24.如何根据海水电导率比和温度查表得到海水盐度；课本P65 25.给出海水透明度的定义，水色和海色的定义； 透明度表示海水透明的程度（即光在海水中衰减程度）。是海水能见程度的一个度量。 水色是表示海水的颜色，由水质点及海水中的悬浮质点所散射的光线来决定。 海色是人们看到的大面积的海面颜色。海面的颜色主要取决于海面对光线的反射，因此，它与当时的天空状况和海面状况有关。 海发光是指夜晚海面生物发光的现象。 26.说明测量海水透明度的几种方法及使用的仪器； 传统方法：用直径为30cm的白色圆板（透明度板），在船上背阳一侧，垂直放入水中，直到刚刚看不见为止。透明度板“消失”的深度（最大深度）叫透明度。这一深度，单位是米，是白色透明度板的反射、散射和透明度板以上水柱及周围海水的散射光相平衡时的结果。所以，用透明度板观测而得到的透明度是相对透明度。 在主甲板的背阳光处，将透明度盘放入水中，沉到刚好看不见的深度，然后再慢慢地提到隐约可见时，读取绳索在水面的标记数值（有波浪时应分别读取绳索在波峰和波谷处的标记数值）。读到一位小数，重复二到三次，取其平均值，即为观测的透明度值，记入水温观测记录表中。若倾角超过15° ，则应进行深度订正。当绳索倾角过大时，盘下的重锤应适当加重。 透明度的观测只在白天进行，观测时间为:连续观测站，每二小时观测一次，大面观测站，船到站观测，观测地点应选择在背阳光的地方，观测时必须避免船上排出的污水（机油）影响。 线性衰减系数测定仪、光散射仪。 27.说明海水透明度年变化的主要成因； 冬季海水冷却，对流混合强，浅水区混合达海底。使泥沙上搅，海水变浑，透明度小 春季表层海水开始增温，海水稳定性增加，透明度较冬季的增大。 夏季水温升至最高，出现跃层，垂直稳定度大，上下海水不易混合，是一年中透明度最大的季节。 秋季表层海水开始降温，垂向稳定度减小，垂直混合逐渐增强，透明度普遍开始减小。 28.如何用透明度盘方法测水色？ 观测透明度后，将透明度盘提到透明度值一半的位置，根据透明度盘上所呈现的海水颜色，在水色计中找出与之最相似的色级号码，并计入水温观测记录表中。水色的观测只在白天进行，观测时间为:连续观测站，每2h观测一次，大面观测站，船到站观测，观测地点应选择在背阳光的地方，观测时必须避免船上排出的污水影响。 29.海冰观测的类别及各类别需要观测的项目； ◆浮冰观测项目：冰量、密集度、冰型、表面特征、冰状、流冰块大小、流冰方向和速度、冰厚及冰区边缘线。 ◆固定冰观测项目：冰型和冰界。具体来说，有堆积量、堆积高度、固定冰宽度和厚度。 ◆冰山观测项目：位置、大小、形状、及漂流方向和速度。 ◆海冰的辅助观测项目：海面能见度、气温、风速、风向及天气现象。 30.什么是海冰辅助观测项目； 海面能见度、气温、风速、风向及天气现象。 31.什么是冰情图？ 表示冰情况的图象叫冰情图. 冰情图是测冰点现场冰情，边测边绘，并说明天气情况，用铅笔绘成草图，清晰显目而成。所以冰情图即是冰的原始记录，又是冰情资料编纂内容之一。 冰情图由底图和冰情两部分组成。底图板面除预制有测点附近的岸线、入海河流、高山、近岸等深线、岛屿、海上建筑物、测点位置，以测点为中心每2km作一等距圆孤线，每10° 作一方位线，还应在图的右下方设计可填主要冰情要素、冰情概述以及站名、年、月、日、比例尺，在图上方设计可填图例的专栏 32.说明冰期、初冰日、终冰日的定义； ﹒冰期是用初冰日起至终冰日止的一个时段的总天数表示。 ﹒最早出现冰的日期叫初冰日，用某月某日来表示。 ﹒终冰日是指冰最后消失之日，也用“某月某日”来表示。在一个冰期内终冰日也只能是一个。 33.海流观测的对象及实现方法； 海流观测对象：空间尺度较大（大于5km）、时间尺度较长（周期超过12h）的海水运动，其中包括潮流和常流（余流）两个部分（排除乱流与波动）。 实现方法：随流观测的拉格朗日法和定点的欧拉法。 34.海流的几种主要观测方法及基本原理； 海流观测方法 1. 浮标漂移测流法 原理:根据自由漂移物随海水流动的情况来确定海水的流速、流向； 2. 定点测流法 原理:由固定的海流计确定海水的流速、流向； 3. 走航测流法 原理:测出船对海底的绝对速度，同时测出船对水的相对速度，再矢量合成得水对海底的速度即海水的流速、流向； 36.选择海流观测持续时间的依据； 持续时间选取：“噪音”运动的时间尺度＋海流计响应时间 38.海流观测的误差分析； 一、平台无运动时的误差： A、接近海面的流动由于平台的影响而改变。 B、平台上的钢铁装置导致仪器上的磁罗针的偏移。 C、长吊缆的弹性使仪器的反应失真 D、仪器无指示深度的元件，由于钢丝倾斜导致深度失真。 二、平台缓慢移动所产生的误差 三、平台的快速运动——波浪场的影响 四、铅鱼和吊链的影响 五、海洋生物的影响 39.ADCP测流的原理及主要特点； • 原理： 以声波在流动液体中的多普勒频移来测流速； • 优点： 声速可以自动较准，能连续记录，仪器无活动部件，无磨擦和滞后现象，测量时感应时间快，测量精度高，可测弱流等； • 缺点： 存在仪器的本身发射功率、电池寿命和声波衰减等问题； • 测流深度：50~6000m； • 测量精度为± 2cm/s，流向精度± 5° 。 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/f6ecf96ccc84b9d528ea81c758f5f61fb636284a.html